residualidad de sustancias xenobióticas en el suelo empleadas en

AGRONOMÍA MESOAMERICANA 19(1): 99-114. 2008ISSN: 1021-7444

1 Re ci bi do: 4 de julio, 2007. Acep ta do: 18 de enero, 2008.2 Escuela de Zootecnia, Centro de Investigación en Nutrición Animal. Programa de Agricultura Orgánica, Universidad de Costa Rica (UCR).

San José, Costa Rica. Correo electrónico: [email protected]

RESIDUALIDAD DE SUSTANCIAS XENOBIÓTICAS EN EL SUELO EMPLEADAS EN LA PRODUCCIÓN PECUARIA1

Rodolfo WingChing-Jones2

RESUMEN

Residualidad de sustancias xenobióticas en el suelo empleadas en la producción pecuaria. Se resume la infor-mación disponible en la literatura sobre la residualidad en el suelo de los productos xenobióticos aplicados en los sistemas de producción animal, que se dosifi can directamente al animal o en el alimento a razón de 3 a 220 g por tonelada producida de alimento, dependiendo del tipo de animal y del antibiótico. Según las características químicas de cada sustancia, ésta será retenida en el suelo o se lixiviara, con la problemática de ser un precursor de contaminación de aguas subterráneas. También pueden sufrir biodegradación, fotodescomposición, inhibición por temperatura, ser absorbidas por la planta, hi-drólisis o formar complejos con la materia orgánica. Durante la permanencia de estas sustancias en el suelo, éstas afectan las poblaciones de organismo reduciendo sus habilidades de competencia, tasas de mineralización, capacidad a biodegra-dación, resistencia a temperaturas extremas y la diversidad de metabolitos secundarios. La intensidad de estos efectos de-penderá del tiempo de exposición, tipo de antibiótico, tipo de microorganismo y a la adición de nutrientes. Las alternativas empleadas como sustitutos de estas sustancias se han desarro-llado paralelamente a la producción animal orgánica.

Palabras claves: Antibióticos, desparasitantes, efecto residual, xenobióticos, impacto ambiental.

ABSTRACT

Xenobiotics substance residue used in animal production in the soil. This article summarizes the information available in the literature on the soil residuality of xenobiotics products used in animal production systems, which can be fed directly to the animal or mixed with other food sources at doses of 3 to 220 grams per ton of feed. Chemical characteristics of these substances determine if they will be bound to the soil or leached to deeper soil layers, becoming a pollution threat for underground water. They can also experience biodegradation, photodecomposition, and temperature inhibition, uptake by plants, hydrolysis, or binding to organic matter. During their permanence in the soil, these substances affect soil organisms by decreasing their survival, mineralization rate, biodegradation capacity, resistance to extreme temperatures, and the diversity of secondary metabolites. The effects depend on exposure time, type of antibiotic, type of microorganism and addition of other nutrients. Natural products used as alternatives to antibiotics have been developed within the frame of organic animal production.

Key words: Antibiotics, deworms, residual effects, xenobiotics, environmental impact.

INTRODUCCIÓN

Toda actividad dedicada a la producción animal intensiva o extensiva presenta dos limitantes: el manejo

nutricional y el manejo sanitario y su interacción (Willianson y Payne 1975, Coop y Kyriazakis 1999). En el primer caso, no es lo mismo dar el alimento que nutrir, ya que la cantidad y calidad de los nutrimentos

ANÁLISIS Y COMENTARIOS

ISSN: 1021-7444 AGRONOMÍA MESOAMERICANA 19(1): 99-114. 2008

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aportados varían dependiendo de la edad del material ofrecido, tipo de forraje, estacionalidad de las lluvias, prácticas de fertilización, densidad de siembra, entre otras, y además, el aporte de nutrimentos está ligado a la cantidad de alimento ofrecido y a las necesidades fi siológicas de cada animal. Por otra parte, la presencia de los parásitos externos o internos, se favorece por las altas temperaturas y humedad que predominan en condiciones tropicales (Plasse y Salom 1985), variando esta condición dependiendo de la zona geográfi ca.

Dentro de las principales explotaciones de interés zootécnico se citan los bovinos tanto de leche como de carne y las explotaciones porcícolas y avícolas. También en los últimos años la producción de cabras, ovinos y las explotaciones acuícolas han incrementado el número de sistemas productivos. En todos los casos, el manejo sanitario es utilizado con el objetivo de opti-mizar el rendimiento en carne, leche, calidad de la piel o sus derivados, por lo cual se deben de estar aplicando altas dosis de sustancias xenobióticas3 para mantener la salud y por ende, el rendimiento de los animales.

Los principales productos químicos empleados en la aplicación de un manejo sanitario son los antibióti-cos (promotores de crecimiento o tratamientos de en-fermedades) y los desparasitantes, éstos son aplicados, retenidos y excretados por los animales vía orina o las heces (Kumar et al. 2005b). Poco se ha estudiado en el país, sobre el efecto de estos productos después de ser excretados por el animal sobre el ecosistema micro-bial del suelo, su permanencia en las fuentes de agua potable y en el suelo, sea como excretas empleadas en la elaboración de enmiendas orgánicas o deposiciones directas en el campo (sistemas en pastoreo).

Ligado a esta situación, el uso desmedido y la poca rotación de productos provocan resistencia por parte de los microorganismos, lo que genera mayores aplicaciones por animal al año, para su control (Rado-stitis et al. 1994), por ejemplo Álvarez et al. (2000) informan de resistencia a acaricidas organofosforados y piretroides por garrapatas del género Boophilus

microplus en Costa Rica. En el caso de los sistemas intensivos, se hace uso de altas dosis de productos xenobióticos, para la prevención de infestaciones parasitarias, precursores de mermas en el rendimiento productivo y la propagación al resto de la población. Con base en esta situación de resistencia a antibióticos y desparasitantes, se presenta un escenario potencial de proliferación de microorganismos precursores de enfermedades en animales (zoonosis4), resistentes a los medicamentos empleados en humanos.

Según PROCOMER (2007) en el periodo com-prendido entre el año 2002 y el 2006, se han importado cerca de 4,7 t de productos que contienen estreptomi-cina, 180,8 t de productos que pertenecen al grupo de las lactonas, 0,44 t del grupo de los levamisoles, 7,2 t de oxitetraticiclinas como ingrediente activo y de 30 t del grupo de las penicilinas. Por ejemplo, dentro del grupo de las lactonas se encuentran las ivermectinas, desparasitantes con efecto residual en los animales con más de 45 días post-aplicación, característica que promueve su uso en la mayoría de las explotaciones animales (Lifschitz et al. 2007).

En estudios realizados en los Estados Unidos se han encontrado concentraciones de 10 ug/kg de tetraci-clinas (Tolls 2001) en aguas de lavado de lechería usa-das como riego en áreas de uso agrícola, mientras que el 30% de las muestras del programa de aguas conta-minadas de los Estados Unidos presentan sulfametaxo-na. La presencia de tetraciclinas y sulfonamidas en los suelos agrícolas, esta bien documentada (Thiele-Bruhn y Beck 2005); encontrándose niveles de 300 ng/g y 11 ng/g, respectivamente. En Europa también se han rea-lizado estudios sobre la concentración de antibióticos en suelos agrícolas, por ejemplo, Martínez-Carballo et al. (2007) informa de concentraciones de tetracilinas, clortetraciclinas y oxitetracilinas de 3,3, 6,4 y 3,4 ug/kg en Austria respectivamente, valores menores a los determinados en los Estados Unidos.

En el país no se han realizado trabajos en la acumulación o efectos residuales (tóxicos) de productos xenobióticos empleados en los sistemas de producción pecuaria, sin embargo en el campo de la producción agrícola se citan los trabajos realizados

3 Se entiende por sustancia xenobiótica toda aquella sustancia que no es producida por el organismo, la cual se aplica para lograr un mejor funcionamiento y desarrollo del mismo. En este caso, se agrupan todas las sustancias que se emplean en producción animal para optimizar el potencial de los animales de interés zootécnico.

4 Enfermedad que puede ser trasmitida del animal al hombre o viceversa.


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sobre la toxicidad en cobre (Cordero y Ramírez 1979, Pérez y Bornemiza 1986, Granados y Bornemiza 1991 y Cabalceta et al. 1996), donde asocian el efecto de este elemento a la poca movilidad en el suelo, al pH, a los contenidos de carbonatos, a la capacidad de intercambio catiónica (CIC), al contenido de arcillas y al contenido de materia orgánica en el suelo. Por otra parte, los trabajos de Acuña et al. (2004), García-Céspedes et al. (2004) y Coll et al. (2004) se refi eren a los efectos residuales de hidrocarburos, metales traza y plaguicidas, en ambientes acuáticos en Costa Rica, respectivamente.

Por tal motivo el objetivo de este trabajo, es re-sumir la información disponible en la literatura sobre los efectos residuales en el suelo de los productos xenobióticos aplicados en los sistemas de producción animal y crear conciencia sobre el efecto ambiental que provoca el mal uso de estos productos.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍ-MICAS DE LOS PRODUCTOS FARMA-CÉUTICOS EMPLEADOS EN EXPLO-

TACIONES ANIMALES

Las características físicas y químicas de cada ingrediente activo defi nen el comportamiento y la toxi-cidad en el suelo (Cuadro 1). Dentro de las caracterís-ticas físicas la solubilidad favorece su dispersión, por el contrario, las características anfotéricas o iónicas, dependientes al pH compiten por los puntos de inter-cambio con los minerales para evitar el lavado a otras capas del suelo o por escorrentía. Adicionalmente al pH del suelo, se citan el contenido de materia orgánica del suelo, los valores pKa y la cantidad y composición de los minerales como variables en la movilidad de las sustancias xenobióticas en el suelo. La textura afecta la fi jación de estos contaminantes en el suelo, ya que, presentan sitios de intercambio aniónicos (arcillas>arenas). Así, las sustancias con característi-cas básicas en suelos ultisoles o alfi soles (condiciones ácidas) adquieren un protón (-NH

3+) mientras que

las sustancias de comportamiento ácido pierden un protón (HOOC-), caso contrario, en suelos vertisoles y andisoles (condiciones básicas) los antibióticos con características básicas pierden un protón (-NH

2) y

las de características ácidas (-OOC-) son ionizados;

comportamientos que favorecen o desfavorecen la residualidad de estos productos con relación al tipo de suelo. Según Bertsch (1995) los suelos ácidos, alfi so-les y ultisoles abarcan 9,6% y 21,0% respectivamente, del territorio nacional, mientras que los andisoles y vertisoles (suelos básicos) corresponden a 14,4% y 1,6% respectivamente. El 50,8% restante se encuentra repartido en suelos de reciente formación (entisoles (12,4%) e inceptisoles (38,6%)) que dependiendo al material parental, como el manejo que se le aplique, se clasifi cará como un suelo ácido o básico.

VÍAS DE APLICACIÓN Y TIEMPO DE RETENCIÓN DE SUSTANCIAS XENO-

BIÓTICAS EN LOS ANIMALES

De las formas de aplicación de productos farma-céuticos en sistemas de producción animal se citan la vía oral, parenteral, inhalación y tópica (Clarence y Mays 1988). Dependiendo sus características químicas y a la especie que se le aplique estos productos presen-tarán una serie de factores que interfi eran con su absor-ción y metabolización en el animal, lo que infl uye en la tasa de excreción en la orina, heces y otros fl uidos cor-porales (Cuadro 2). Según información de Aschbacher y Feil (1994), 96 horas post aplicación de la neomicina, por vía oral a terneros entre 3 a 60 días de nacidos, se recuperó en heces y orina el 93,37 % de la neomicina aplicada. En un estudio en cerdos, Pijpers et al. (1991) concluyeron que, cuando el antibiótico (oxitetraciclina) se aplica en el alimento, éste aumenta progresivamente su concentración en el plasma. Recientemente, Lifs-chitz et al. (2007) demostraron que a los 10 días post aplicación de la ivermectina en dosis de 200 ug/kg y 630 ug/kg, se obtienen las mayores concentraciones en plasma (114±11,6 y 26,0±3,55 respectivamente) y que a partir del día 20, ambas dosifi caciones presentan concentraciones similares, lo que demuestra que la sustancia empleada, las propiedades físico-químicas de la molécula activa y del vehículo, la especie animal y la forma de aplicación, infl uyen en el metabolismo del antibiótico y su retención por el organismo.

En el Cuadro 3 se describen algunos ingredientes activos que se aplican como aditivos en la formulación de alimentos, para optimizar las ganancias de peso y mejorar la efi ciencia alimenticia en los animales, en



general se dosifi can estos promotores en el alimento a razón de 3 a 220 g por tonelada producida de alimento dependiendo del tipo de animal y del antibiótico (Ku-mar et al. 2005b).

SORCIÓN DE LOS ANTIBIÓTICOS Y DESPARASITANTES EN EL SUELO

Los puntos hidrofóbicos de estos compuestos tie-nen un papel en la fi jación en el suelo, como también la capacidad de intercambio catiónica, la superfi cie de las arcillas, la superfi cie de los complejos amorfos y los puentes de hidrógeno que envuelven los procesos anteriores (Tolls 2001).

Para la determinación de la capacidad de sorción de estas sustancias se trabaja con la constante de sor-ción (k

d) que relaciona la concentración del compuesto

en la fase de sorción y el agua en equilibrio. Otra for-ma es el uso del coefi ciente de partición del 1-octanol y el agua, que se utiliza en situaciones con contenidos altos de materia orgánica. Por último el coefi ciente de normalización de carbón orgánico (K

oc) sirve para

reducir la variabilidad de la constante de fi jación en diferentes suelos (Cuadro 4).

Las tetraciclinas presentan una mayor capacidad de sorción que las sulfonamidas, las avermectinas, el fenbendazol y la tilosina. En el suelo, el incremento en las concentraciones de sodio provoca una reducción de la sorción de la tetraciclina y liberación de iones calcio a la solución del suelo, lo cual se puede explicar por la competencia entre la tetraciclina por los sitios de sorcción en las arcillas y los complejos del ión calcio

Cuadro 1. Características físicas y químicas de grupos de productos farmacéuticos empleados en sistemas de producción animal.

Compuesto Masa molar (g/mol)

Solubilidad (mg/l)

Log kow pKa Constante de Henry (Pa l/mol)

Aminoglicósidos 332,4-615,6 10-500* -8,1- -0,8 6,9-8,5 8,5-12-4,1-8β-Lactanos 334,3-470,3 22-10100 0,9-2,9 2,7 2,5-19-1,2-12

Fluorquinolonas 229,5-417,6 3,2-17790 -1,0 – 1,6 8,6 5,2-17 – 3,2 -8

Glicopéptidos 1450,7 >1000 insoluble 5,0Imidazoles 171,5-315,3 6,3-407 -0,02-3,9 2,4 2,3-13-2,7-10

Macrólidos 687,9-916,1 0,45-15 1,6-3,1 7,7-8,9 7,8-36 – 2-26

Poliésteres 670,9-751,0 2,2-6-3,1-3 5,4-8,5 6,4 2,1-18-1,5-18

Polipéptidos 499,6-1038 No completamente -1,0-3,2 - NS**-2,8-23

Quinoxaline 263,3 1,06 -2,2 10 1,1-18

Sulfonamidas 172,2-300,3 7,5-1500 -0,1-1,7 2-3/4,5-10,6 1,3-12-1,8-8

Tetraciclinas 444,5-527,6 230-52000 -1,3-0,05 3,3/7,7/9,3 1,7-23-4,8-22

*=g/l, **NS= No signifi cante.

Fuente: Thiele-Bruhn 2003.

Cuadro 2. Tiempo de excreción promedio de productos far-macéuticos empleados en los sistemas de produc-ción animal.

Xenobiótico Tiempo de excreción

Actividad de la Molécula*

Aminoglucósidos 80 a 100% en 24 h Alta

Cefalosporinas y

cefamicinas

6-8 h Baja

Clorafenicol y con-

géneres

3-5 h 5-15% Alta

Imidazoles 3-9 h 2-4 % Alta

Macrólidos 12-24 h Alta o baja depen-

diendo del tamaño

del anillo de lactona

Penicilina 60 a 90% de 4

a 6 h

Alta

Sulfonamidas 2-10 h Baja

Tetraciclinas 80% de 6 a 12 h Alta

*Si la molécula es metabolizada la actividad de la molécula es

baja al ser excretada, caso contrario, si la molécula excretada

presenta alta actividad, es que no fue metabolizada.

Adaptado por el autor de Clarence y Mays (1988).



en solución. Gu y Karthikeyan (2005), demostraron que la tetraciclina, forma complejos con los óxidos de hierro y aluminio, favorecido por el pH del suelo, pero también consideran otros factores importantes como las sustancias húmicas y otras con funciones quelatan-tes. Igualmente, Sassman y Lee (2005) informan de la importancia del pH y la capacidad de intercambio catiónica del suelo en la fi jación de la tetracilina.

Boxall et al. (2002) determinaron que las sulfona-midas presentan una alta movilidad en el suelo debido a una sorcción baja lo que podría provocar problemas de contaminación de aguas subterráneas durante la época lluviosa. Resultados similares informa Burkhardt et al. (2005) sobre la movilidad que presentan las sulfonami-das, favorecidas por la materia orgánica (boñiga).

PROCESOS QUE REDUCEN LA CON-CENTRACIÓN DE LOS ANTIBIÓTICOS

Y DESPARASITANTES EN EL SUELO

Los principales procesos de degradación o dismi-nución de la concentración de las sustancias xenobióti-cas en el suelo son: biodegradación (Teeter y Meyerhoff 2003), fotodescomposición (Wolters y Steffens 2005), lavado (Kay et al. 2005), fi jación (Figueroa et al. 2004), temperatura (Gavalchin y Katz 1994), absorción por la

planta (Kumar et al. 2005a), movilidad (Jones et al. 2005), hidrólisis (Tolls 2001) y formación de complejos con la materia orgánica (Boleas et al. 2005).

En el Cuadro 5 se describen las tasas de degrada-ción para diferentes familias de sustancias xenobió-ticas. Tales valores dependerán de la concentración inicial, de la textura del suelo, del tipo de sustrato, del pH del medio, del contenido de carbón orgánico en el suelo y al tipo de antibiótico o desparasitante emplea-do (Halling-Sorensen et al. 1998).

La degradación de las sustancias xenobióticas en el suelo se favorecen más en condiciones aeróbicas (Ingerslev y Halling-Sorensen 2001) que en condiciones anaeróbicas (Thiele-Bruhn 2003). Teeter y Meyerhoff (2003) demostraron que la tilosina se degradó en 96,5 % en excretas de ganado, más de 93,6% en aves y 93,5% en cerdos, después de un período de 30 días de incubación y bajo condiciones aeróbicas.

EFECTOS DE LOS ANTIBIÓTICOS Y DESPARASITANTES SOBRE LA FAU-

NA Y FLORA DEL SUELO

Antes de analizar el efecto de estas sustancias sobre la población de microorganismos en el suelo, es

Cuadro 3. Algunos xenobióticos empleados en los alimentos para incrementar la ganancia de peso y mejorar la efi ciencia alimenticia en animales.

Aditivo nutricional Tipo de explotación*Cerdos Caballos Ovejas Ganado de

lecheGanado de

carneAves

Clortetraciclina 10-400 g t- 85 mg ani-d- 20 g t- 0,22 mg kg-PV- 70-100 mg ani-d- 10-100 g t-

Fenbendazol 9 mg kg-PV- 7,5 mg kg-PV- 2,4 kg t- 5,55 g t- 5 mg kg- PV- 60 a 80 mg kg-Ivermectina 1,8 g t- 200 ug kg-PV- 200 ug Kg- PV- 200 ug kg-PV- 200 ug kg- PV- -Levamisol 0,08 % RT - - - 0,08-0,8% RT -Monensina sódica - - - 5-30 g t- 5-30 g t- 5-90 g t-

Neomicina 35-140 g t- - - - - 100-200 g t-

Oxitetraciclina 50-150 g t- 0,8 – 1,6 g ani-d- 10-100 g t- 75-100 mg ani-d- 75 mg ani-d- 5-100 g t-

Penicilina 50 g t- - - - - 2,4-50 g t-

Sulfametacina 100 g t- - - - 350 mg ani-d- -Tilosina 10–100 g t- - - - 60-90 mg ani-d- 4-50 g t-

Virginiamicina 5-100 g t- - - - 70-340 mg ani-d- 5-15 g t-

Adaptado por el autor de Jurgens (1997), Kumar et al. (2005b) y Edifarm (2002).

* RT = Ración total, PV = Peso vivo y ani = animal.



importante recalcar, que la estructura poblacional de los microorganismos en el suelo está separada en ma-crofauna (tamaño mayor a 2 mm), mesofauna (entre 9,1 y 2 mm) y la microfauna (menores a 0,1 mm) y que varios antibióticos ocurren naturalmente en el suelo, debido a que la generación de antibióticos es un meca-nismo natural de defensa, que varios microorganismos (ejemplo, actinomicetes) producen como parte de su metabolismo secundario (Thomasshow et al. 1997).

Dentro de los efectos adversos sobre las poblacio-nes de microorganismo se describen las habilidades de competencia, tasas de mineralización, capacidad de biodegradación, resistencia a temperaturas extremas y la diversidad de metabolitos secundarios (Schmitt et al. 2004). El efecto de estas sustancias en las pobla-ciones microbiales del suelo, dependerá del tiempo de exposición, tipo de antibiótico, tipo de microorganis-mo y a la adición de nutrientes (Schmitt et al. 2005).

En el Cuadro 6 se describen las dosis mínimas por tipo de antibiótico y desparasitante, que presentaron un efecto en el desarrollo de ciertas plantas o de mi-croorganismos. Por el contrario, Boleas et al. (2005) informan que con dosis crecientes de oxitetraciclina (0,01, 1 y 100 mg/kg), coadicionada con una mezcla de excretas de caballo y vacuno (0,15 g N-orgáni-co/kg de suelo), no se encontró efecto alguno sobre la población de lombrices (Eisenia foetida), pero sí se determinó una reducción en la tasa de respiración (mg CO

2/h 100 g de suelo seco) entre el 16 y 25%.

Resultados similares informan Kaneda et al. (2006) al no determinar reducciones en la tasa de degradación de la boñiga, ni en el número y ni en la cantidad de lombrices, por efecto de la aplicación de ivermectina, en ensayos de laboratorio. Contrario a Kaneda et al. (2006), Sommer y Bibby (2002) cuatro años antes habían determinado una reducción en la degradación de la materia orgánica en excretas de bovinos cuando

Cuadro 4. Coefi cientes de sorción de productos farmacéuticos en el suelo, sedimentos y aguas de lavado.

Clase Compuesto Concentración (ug/g)

Muestra textura/pH/CO% Kd (l/kg) Koc (l/kg)

K clay (l/kg)

Derivados de Quinoxalina Olauindox 100 – 2.000 mg/g Cerdaza 6 y 24 h 20,4/9,77 50

FuorquinolonesCiprofl oxacina 250 ug/l Lodo/6,5/37 417 1.127

Enrofl axina 2-200 Arcillas/4,9/1,63 3037 186.340 330

ImidazolesFenbendazol 0,5-100 Francoarcilloso/7,0/1,6 0,91 57

0,5-100 Francoarcilloso/6,9/2,4 0,84 35

Macrocíclicos Tilosina

50 mg/g Caolinita 0,7

50 mg/g Ilita 3,9

50 mg/g Motmorillonita 0,7

50 mg/g Bentonita 3,1

Polipéptidos Avermectina

0,0006-2,17 Francoarcilloso/6,6/4,8 147 5.300

0,0006-2,17 Arenoso/5,6/1,4 17,4 30.000

0,0006-2,17 Franco 80,2 6.600

SulfonamidasSulfametazina

0,2-25 Arenas/5,2/0,9 1,2 174

0,2-25 Francoarenoso/5,6/2,3 3,1 125

0,2-25 Arcilloso/6,9/1,1 1,0 82

Sulfadiazina 1,0-10 Francoarcilloso/6,2/3,1 2,5 81

Tetraciclinas Oxitetraciclina

Lodos/6,5/37 3020 8.160

33-2.000 mg/g Cerdaza (6 /24h) 83,2/77,6 195

2,5-50 Franco arenoso/6,1/6,1 680 42.500

2,5-50 Arenoso/5,6/1,4 670 47.880

285 Sedimentos orgánico marinos 2590

Fuente: Adaptado por el autor de Halling-Sorensen et al. 1998 y Thiele-Bruhn 2003.



aplicó ivermectina (13,1 mg/día), levamisol (12,1 mg/día) y fenbendazol (13,2 mg/día) a las 16 semanas post aplicación, comparado al control con una pérdida de

materia orgánica de 15,3 mg/día. En cambio Diao et al. (2007), describen un efecto sobre la reproducción de las poblaciones de lombrices (E. fetida) a una con-

Cuadro 5. Degradación de productos farmacéuticos en el suelo y en las excretas animales

Clase Compuesto Concentración (ug/g)

Muestra Textura/pH/CO%

Degradación (%) Tiempo (Días)

Aminoglicósidos Estreptomicina5,6

Francoarenoso/6,1 más boñiga 0 30

β-Lactanos

Penicilina5,6 Francoarenoso/6,1 más

boñiga0 30

Ceftiofur- Franco arcilloso 50 22,2- Arenoso 50 49,0- Franco arcilloso 50 41,4

Fluorquinolonas Enrofl acina10 Franco arcilloso 30,3 5610 Boñiga + basidiomicetes 0,1-0,7/0,7-12,8 56

Imidazoles Metronidazole

10 Agua de lavado lechería-arena/6,3/1,4

50 14,2

10 Agua de lavado lechería-francoarena/6,8/1,6

50 15

- Sedimentos condición aeróbica

50 14-75

- Sedimentos condición anaeróbica

50 74,5

Macrocíclicos

Erythromicina 5,6 Franco arnosoEspiramicina - Pollinaza 70 28

Tilosina

5,6 Francoarenoso/6,1 más boñiga

0 30

100 Efl uentes + arenas /6,3/1,4

50 4,2

25 mg/l Cerdaza (Anaeróbico) 50 >2,5Poliéter Monensina Excretas (Anaeróbico) 30-40 70

Polipéptidos Virginiacina

1,0 Arenoso/8,2 50 87Arenoso /5,7 50 173Arenoso / 5,6 12 64Arcilloso/5,4 18 64

Sulfonamidassulfanilamida - Varios suelos 0 14Sulfadiazina - Lodos de boñiga 0/50 28/1,6

Sulfabenzamida 250-1000 ug/l Boñiga 0/50 28/0,4

Tetraciclinas

Clortetraciclinas

- Excreta de vacunos 24 845,6 Franco arenoso/6,1 +

Boñiga88 30

4,7 ug/kg Suelo 0 180

Tetraciclinas

50-300 ug/kg Suelo 0 18010 Pollinaza 65 8410 Excretas + suelo 100 14

20-100 ug/l Cerdaza 50 55-105- Cerdaza seca 50 4,5- Cerdaza humedad 50 9

Oxitetraciclina- Suelo + excretas 0 180- Sedimentos 50 43,8

Fuente: Adaptado por el autor de Halling-Sorensen et al. (1998) y Thiele-Bruhn (2003).



centración de 0,06 mg kg- de abamectina, pero también informan que en el período de evaluación de 70 días, no encontraron efecto sobre las poblaciones juveniles a nivel de sobrevivencia y tasa de crecimiento. En otro estudio con Eosina fetida, Gao et al. (2007) informan de la resistencia que presentó a concentraciones de 200 mg/kg de albendazol, pero a mayores concentraciones la tasa de sobrevivencia se redujo hasta 50% (600 mg/kg).

Thiele-Bruhn y Beck (2005) encontraron un cam-bio en la proporción de bacterias y hongos por la apli-cación de sulfonamida y tetraciclina, ya que conforme se notaba una reducción en la biomasa bacterial del suelo, la población de hongos se incrementó, aunque en estudios posteriores encontraron una reducción en la actividad de las nuevas hifas.

Con relación a especies invertebradas del suelo, Jensen et al. (2003) al aplicar diferentes sustancias en el suelo, encontraron efecto sobre el comportamiento reproductivo (10%) de colembolos (Folsomia fi me-taria) (Tiamulina = 94,9 mg/kg, Olanquindox = 61,2 mg/kg, Metranidazole = 111 mg/kg e Ivermectina = 0,26 mg/kg) y enquitraidos (Enchytraeus crypticus) (Olanquindox = 83 mg/kg, Metranidazole = 722 mg kg- y Ivermectina = 14 mg/kg). Similares resultados informaron Diao et al. (2007) sobre las poblaciones de colémbolos y enquitraidos cuando aplicaron abamecti-na (0,05 mg/kg y 12,8 mg/kg, respectivamente).

Otra especie de invertebrados del suelo, son los escarabajos coprófagos, los cuales utilizan las boñi-gas de los animales para alimentarse y reproducirse. Como efecto secundario se obtiene un incremento en

Cuadro 6. Efecto de los productos farmacéuticos sobre las plantas y microorganismos del suelo.

Clase Compuesto Hábitat / organismo Efecto o inhibición (%)

Concentración(ug/l)

Aminoglicósidos Estreptomicina

Bacterias en agua de lavado EC50 0/10h 0,42/0,61 mg/l

Bacterias, hongos y protozoarios del suelo

-/0/+ 3

-/0/+ 30

Sin efecto 1

Antihelmínticos IvermectinaFauna del suelo LD50 10

Respiración del suelo + 11

β-Lactanos Penicilina G Bacterias en agua de lavado EC50 84,6 mg/l

Macrocíclicos Tilosina

Lombrices (A. caliginosa) LC10/EC10 >5000/3306

Colémbolos LC10/EC10 >5000/149

Enchitraeidos LC10/EC10 >5000/632

Poliéter MonensinaRespiración del suelo EC50 176

Induce respiración en sustrato Aumenta 176

Sulfonamidas Sulfapyridina Franco arenoso ED10 1,17/11,5

Tetraciclinas

Clortetraciclina

Frijol 70 10 mg/l

Bacterias en agua de lavado EC50 0,4mg/l

Biomasa en suelos arenosos 51 160

Producción de metano 100 18 mg/l

Oxitetraciclina

Biomasa 85 10

Biomasa en suelos arenosos 56 160

Bacterias en suelos arenosos 71 10

Lombrices (A. caliginosa) LC10/EC10 >5000/1954

Bacterias en agua de lavado EC50 1,2 mg/l

Oxitetraciclina + penicilina

Hifas: largo y actividad 48 10

LC = dosis letal, EC = Diferencia en relación al control y ED = Concentración efectiva.Fuente: Halling-Sorensen et al. 1998 y Thiele-Bruhn 2003.



la fertilidad y productividad de los suelos por la incor-poración de la boñiga al suelo y la destrucción de los huevos de los parásitos de los animales, cortando así su ciclo de vida (Martínez y Lumaret 2006). Martínez et al. (2000) informan que la ivermectina en el suelo no presentó efecto sobre las poblaciones de escarabajos Digitonthophagus gazella y Euoniticellas intermedius. En cambio, Martínez y Lumaret (2006) concluyen que los compuestos químicos de las ivermectinas pueden alterar el comportamiento alimenticio y reproductivo de los escarabajos coprófagos hasta la eliminación de la especie, y como efecto indirecto, determinaron la proliferación de moscas coprófagas, que afectan a los animales y a los humanos.

Ambientes acuáticos

Según lo informado por Gongalves-Ferreira et al. (2007) en un estudio en sistemas de producción piscí-colas, las aplicaciones de oxitetraciclina y fl orfenicol en estos sistemas productivos presentaron un efecto negativo sobre las poblaciones de la microalga Tetra-selmis chuii y el crustáceo Artemia parthenogenetica, en ambas especies se inhibió el crecimiento, las con-centraciones de oxitetraciclina y fl orfenicol que inhi-bieron el desarrollo en la microalga fueron de 11,18 y 6,06 mg/l, respectivamente. En cambio, las poblacio-nes de crustáceos presentaron una mayor resistencia, ya que se inhibió su crecimiento a concentraciones de 871 y 806 mg/l, respectivamente.

INCORPORACIÓN DE LOS RESIDUOS A LOS TEJIDOS DE LAS PLANTAS

Uno de los problemas de la incorporación de los antibióticos u otras sustancias a los tejidos vegetales de las plantas, es la reducción en el rendimiento del cultivo y al momento de ser ingeridos por los animales o los humanos (Kumar et al. 2005b). En este caso, la producción de rumiantes hace uso del recurso forraje-ro como fuente de alimento; dependiendo la especie empleada, el forraje es cosechado por los animales durante el pastoreo o en sistemas de corte y acarreo. Las deposiciones de las excretas según el sistema, se hacen en campo o son acumuladas (sistemas en confi -namiento) y son pocos los casos, en donde se procesa

por medio de lombrices o compostaje, anteriormente al ser aplicados en los potreros como enmiendas or-gánicas, proceso que no garantiza la degradación del antibiótico (Migliore et al. 2003). Pramer (1959) y Litwak y Pramer (1957) demostraron la absorción de cloranfenicol y de estreptomicina por el alga Nitella clavata respectivamente, dependiendo del tipo de sustancia va a tener diferentes vías de absorción, en el caso del cloranfenicol, éste se absorbe por medio de difusión simple, con una constante de permeabilidad de 1,5X10-7 cm/sec (Pramer 1959), mientras que, la estreptomicina se absorbe por medio de un sistema de ión acompañante con una Ks de 0,5 a 3 X 10-4, calcu-lado por medio de la ecuación de Michaelis-Menten (Litwak y Pramer 1957).

Algunos trabajos describen la incorporación de sustancias xenobióticas en los tejidos de plantas comestibles para humanos y de animales, por ejem-plo, los trabajos de Migliore et al. (2003) en pepino (Cucumis sativus), lechuga (Lactuca sativa), frijol (Phaseolus vulgaris) y rábano (Raphanus sativus), los de Kumar et al. (2005a) en maíz (Zea mays), ce-bolla (Allium cepa) y repollo (Brassica olearacea) y por último el trabajo de Kong et al. (2007) en alfalfa (Medicago sativa L.), describen el efecto tóxico para la planta, como también, la acumulación de las sustan-cias en diferentes tejidos de la planta.

Lo importante de las experiencias de Kumar et al. (2005a) y de Kong et al. (2007) son sus trabajos en gramíneas y leguminosas, debido a que caracterizan el comportamiento de la absorción de la clortetraciclina y la tilosina en el maíz y de la oxitetraciclina en la alfalfa, ambos cultivos empleados como recurso forra-jero o de grano, en la producción animal. Según los resultados obtenidos por Kumar et al. (2005a) la clor-tetraciclina se absorbe por fl ujo de masa (corriente de transpiración) o por transporte activo y la molécula de tilosina no la absorbe el maíz por las características que presenta (Cuadro 1). Por otro lado, Kong et al. (2007) determinó que concentraciones mayores a 0,02 mM presenta efectos signifi cativos sobre la biomasa radical y foliar de la alfalfa, cambiando las hojas de color ver-de a un verde claro o amarillentas. También demostró que la absorción y el transporte de la oxitetraciclina en las raíces y los tejidos, es un proceso dependiente de energía y que requiere de enlaces selectivos, a nivel de pared celular y membrana citoplasmática.



ALTERNATIVAS PARA LA REDUC-CIÓN DE USO DE ANTIBIÓTICOS Y

DESPARASITANTES

Las alternativas para la disminución en el uso de antibióticos y desparasitantes han sido investigadas, paralelamente al desarrollo de la producción animal orgánica, debido a que el manejo sanitario y el manejo nutricional son los pilares para la implementación de este tipo de sistema.

El uso de la medicina natural está enfocada desde la práctica profi láctica y la terapéutica (Hart 2005). En ambos casos, hacen uso de las sustancias que com-ponen las partes de las plantas, como hojas, semillas, raíces o la planta entera. Kamra et al. (2006) describe tres categorías de plantas, relacionadas a su alto con-tenido de saponinas, taninos y aceites esenciales. En el Cuadro 7, se resumen algunos trabajos realizados con extractos de plantas y semillas, para el control de problemas parasitarios y funciones antimicrobiales a nivel de tracto digestivo.

Las experiencias en Brasil por Mota et al. (2003) ejemplifi can algunas prácticas que se pueden desarro-llar para el control biológico de nematodos intestinales en condiciones tropicales, el uso del propóleo como anticoccidial por Peres de Moura et al. (1998) en Bra-sil y en Cuba por Hollands et al. (1984) y Hollands et al. (1988). También se informa del uso de semillas de cucurbitáceas para el control de parásitos internos por Díaz et al. (2004) empleando semillas de zapallo (Cucurbita máxima) y Chinchilla et al. (1990) usando semillas de sandía o melón.

En otras partes del mundo las prácticas integrales presentadas por Thamsborg et al. (1999) y Almería y Uriarte (1999), dan las pautas para el desarrollo de estrategias para la reducción del uso de antibióticos y desparasitantes. Dentro de éstas destacan el uso de prácticas de manejo de pasturas, pastoreo evasivo, uso de plantas con actividad antihelmínticas, control bioló-gico, uso de hongos nematófagos como Duddingtonia fl agrans (Chandrawathani et al. 2004, Fontenot et al. 2003, Wright et al. 2003) y Metarhizium anisopliae (Guedes Frazzon et al. 2000, Dutra et al. 2004, Gindin et al. 2002), homeopatía (Hart 2005), el uso de taninos condensados (Butter et al. 2000, Butter et al. 2001,

Paolini et al. 2003), vacunas, buena alimentación (Coop y Kyriazakis 1999) y especies resistentes a la carga parasitaria.

CONCLUSIONES

Al analizar una fi nca como un sistema integrado por componentes, que se interrelacionan horizontal o verticalmente, queda claro que toda práctica im-plementada presenta un efecto secundario. En el caso de esta revisión, el efecto residual de sustancias empleadas para optimizar el rendimiento productivo en sistemas intensivos es un hecho. También es cuan-tifi cable, que dependiendo de la sustancia empleada, ésta presentará un comportamiento diferente, tanto a nivel del suelo como al momento de su incorporación al tejido vegetal (cultivo).

En el suelo el efecto directo que presenta sobre las poblaciones de hongos, bacterias, lombrices y es-pecies invertebradas, cuya magnitud dependerá de la capacidad buffer del suelo para reponer las poblaciones afectadas, siendo más rápida en la microfauna y más lenta en la macrofauna. Los efectos se han medido en muchas investigaciones y desmentido en otras, pero los resultados se relacionan a la sobrevivencia y reproduc-ción de organismo, y al papel en el ciclo de la materia orgánica presente en el suelo de la población afectada.

El uso adecuado de estas sustancias, para la opti-mización del rendimiento productivo de los animales, debe ser una actividad a ejecutarse con la mayor rigurosidad posible, por ejemplo, usar el producto adecuado, no sobredosifi car ni sobreaplicar, tener una adecuada rotación de los productos, permitirá hacer un uso más sostenible de estas alternativas, que du-rante muchos años, han permitido producir, en áreas o situaciones poco productivas. Debido a que un uso desmedido, genera una situación de resistencia a antibióticos y desparasitantes, lo que presenta un esce-nario potencial de proliferación de microorganismos precursores de enfermedades en animales, resistentes a los medicamentos empleados en humanos.

Por último, es importante destacar, que se han estado trabajando en alternativas de sustitución de es-tos productos, que presenten un efecto similar a nivel



Cuadro 7. Alternativas en producción animal para el uso de desparasitantes y antimicrobiales de origen vegetal.

Acción desparasitante Efecto Alternativa

Chungsamarnyart y Jiwajinda 1992 Boophilus microplus Aceites de hojas secas de pasto limón (Cymbo-pogom citratus) y pasto citronela (Cymbopogom nardus) extraidos con etanol (1:12 V/V)

Chungsamarnyart y Jansawan 1996 Boophilus microplus Extracto de la cáscara de limón (Citrus sp) en eta-nol 95%. Dilusión 1:5 (V/V)

Chungsamarnyart y Jansawan 2001 Boophilus microplus Extracto de fruto de tamarindo en etanol 10%. (Tamarindus indica Linn)

Hordegen et al. 2003 Haemonchus contortus Trichostrongylus columbriformis

Extracto en etanol de Fumaria parvifl ora (planta entera) a razón de 183 mg/kg pv.

Waldenstedt 2003 Coccidiosis Producto a base de aceites de oregano (Origanum vulgare) a razón de 330 g/ton alimento

Salazar y Pariacote 2004 Strongylidos sp.Coccidia sp

Extracto de Nim (750 gr semillas/1l agua), Dosifi -cación : 1 ml/kg pv

Hordegen et al. 2006 Haemonchus contortus Extracto de Nim (semillas), Vernonia anthelmin-tica (semillas), Embelia ribes (fruta), Caesalpinia crista (semillas) y Fumaria parvifl ora (semillas)

Hegazi et al. 2007 Fasciola gigantica Propóleo (10 a 30 ug/ml)

Acción antimicrobial Efecto Alternativa

Cardozo et al. 2004 Inhibe la deaminación y la producción de amoníaco en el rumen

El ajo (0,7% de allicina) actúa a nivel de aminoáci-dos y la canela (59% de cinamoldehído) a nivel de péptidos a una dosis de 7,5 mg/kg de alimento

Busquet et al. 2005 Modifi cador actividad ruminal Aceite de ajo a razón de 3000 mg/l

Adibmoradi et al. 2006 Reducción en el daño del tejido histo-lógico en intestino de pollos broiler

Harina de ajo (Allium sativum) en una relación de 1 a 2 % de la dieta

Busquet et al. 2006 Modifi cador actividad ruminal. Aceites de anís, chile picante, canela, ajo, jengibre y orégano a razón de 3000 mg/l

Castillejos et al. 2006 Modifi cador actividad ruminal Aceites esenciales como: timol, eugenol, vainilla, guayacol y limonelo a razón de 500 mg/l cada uno

Doughari 2006 Escherichia coli, Proteus mirobilis, Pseudomonas aerugenosa, Salmonela typhi, Salmonela paratyphy, Shigella fl exneri, Staphylococcus aureus, Baci-llos subtilis y Streptococus pyogenes

Tamarindo (Tamarindus indica Linn) Hojas y tallos.Extracto en solución no polar 15 a 20 mg/ml.

Kamra et al. 2006 Inhibidor de la metanogénesis Extracto en etanol y metanol de bulbos de ajo y extractos en etanol de hojas de guayaba

Patra et al. 2006 Inhibidor de la metanogénesis Extractos de bulbos de ajo en etanol y metanol reducen la producción de metano. Extractos de ajo reducen la relación molar de acetato/propionato. Extractos de cebolla, jengibre y ajo aumentan po-blación de protozoarios.

Benchaar et al. 2007 No modifi ca actividad ruminal en die-tas con ensilaje de maíz o alfalfa

Mezcla comercial de aceites esenciales (timol, eu-genol, vainilla, guayacol y limonelo) (750 mg/día)

Frasser et al. 2007 Modifi cador actividad ruminal Aceite de hoja de canela a razón de 500 mg/l

Fuente: Adaptado por el autor.



de parásito, pero reduciendo o minimizando su efecto residual. También son alternativas que se pueden in-tegrar dentro el sistema de producción, lo que permite reducir gastos que se podrían emplear en áreas priori-tarias, dependiendo del sistema productivo.

LITERATURA CITADA

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